一輛汽車急轉彎,哪邊車輪先離地?|80說

汽車作為交叉學科的集大成者,我們總能在細節處發現很多小學問,比如我們今天要聊的——一輛汽車急轉彎,哪邊車輪先離地?

不賣關子,答案是:如果不考慮路面情況(坡度、路面質量等),在急轉彎情況下,內側車輪更容易脫離地面。

最直接的解釋請參考《頭文字D》中的排水渠過彎神技,當年藤原拓海就是利用這招打敗了高橋啟介,給了赤城紅太陽當頭一棒。

一輛汽車急轉彎,哪邊車輪先離地?|80說

簡單說,排水渠就是利用了裡側車輪在特定急轉彎下會脫離地面的特點,以此“安全地”控制裡側車輪處在半懸浮狀態,直至它順利落入排水渠中。由於卡在排水渠內的輪胎可以很好的降低轉彎時的離心力,汽車得以在最短的行車路線上全速過彎。

一輛汽車急轉彎,哪邊車輪先離地?|80說

事實上這一神技並不是動漫特技,而是真實存在的。土屋圭市本人實操過不說,這項技術也被廣泛應用在越野拉力賽中,拉力賽車配備越野胎加上車身護,在特定的情況下走排水渠可以更快。

傾覆力矩變化引起內側車輪離地

容易誤會的是,有些人認為這是重心發生偏移導致的,但其實,由於汽車重量大,重心的變化並不明顯。真實的原因是汽車急轉彎時,傾覆力矩發生了變化。

在建築工程中,傾覆力矩是進行結構或構件穩定性計算的一個術語。傾覆力矩的大小等於產生傾覆作用的荷載乘荷載作用點到傾覆點間的距離。

一輛汽車急轉彎,哪邊車輪先離地?|80說

汽車過彎時,隨著車速的提高和轉向半徑的減小,側向加速度將逐漸增大,致使彎道內側車輪上的垂直載荷逐漸向外側車輪轉移,當地面對內側車輪的垂直反作用力等於零時,汽車即處於將要側翻但尚未側翻的臨界狀態。

為了簡化原理,我們以直線運動下突然剎車時傾覆力矩的變化來解釋最佳。從以下公式推導我們發現,當汽車剎車時,後輪支撐力會小於前輪,汽車有一種好似重心前移的現象。形象點說就是後輪好似變輕,與地面的“貼合力”也相應的減小了。通過這,我們也能解釋為什麼急剎車時會出現後輪發飄的情況。

一輛汽車急轉彎,哪邊車輪先離地?|80說

▲以上模擬的是汽車車頭在左,汽車急剎車的情況。

如果以上解釋不好理解,我們還可以再簡化下,雖然不準確,但意思相近。

假設這是一種勻速轉彎,根據向心力公式F=mω2r,由於外側的轉彎半徑更大,自然受到的離心力也就越大。

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玩過過山車的朋友一定能知道,離心力越大,越覺得屁股和座椅的貼合力越大,汽車過彎的道理與此類似。離心力越大反而給人感覺壓力越大,對應到汽車上就是外側受到的壓力越大,與地面帖合越緊。

如何避免急轉彎時裡側車輪離地

首先我們當然是要避免急轉彎特別是急轉彎中剎車的情況,因為這時候極易出現滑胎現象,導致車子失控。在轉彎時,操縱方向盤要與車速相配合,應適時轉、及時回,轉向角度要視實情而定,避免意外事故發生。

就轉彎路線上,在轉彎開始前要靠著彎道的外側進入彎道,到中間的時候要靠著彎道的內側行駛,也就是說在彎道弧頂的地方應該緊靠著彎道的內側行駛,在過了彎道弧頂之後,再切回彎道的外側,靠著彎道的外側駛出彎道,即過彎時要選擇“外-內-外”的轉彎路線。

一輛汽車急轉彎,哪邊車輪先離地?|80說

為了解決這個問題,在一些特殊路段(高速公路),我們還會進行“超高設計”。

所謂的“超高設計”指的是在該路段橫斷面上設置的外側高於內側的單向橫斷面,汽車在這樣的圓曲線上行駛時,可以抵消車輛在圓曲線路段上行駛時所產生的離心力,保證汽車能安全、穩定、滿足設計速度和經濟舒適地通過該路段。

一輛汽車急轉彎,哪邊車輪先離地?|80說

粗略看,超高設計改變了內外側的轉向半徑,以此平衡汽車運動,避免裡側車輪出現滑胎現象。

798小結:

到這裡,我們知道了汽車急轉彎時到底是內側輪先離地還是外側輪先離地,雖然對於我們普通用戶來說,我們不能通過掌控這個原理將車輪推到極限,實現酷炫的“排水渠過彎”神技,但這也解釋了為什麼不能急轉彎特別是急轉彎剎車的問題。


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